4 電源回路オプション

過渡電流は電圧ドループなどの問題を引き起こす可能性があり、ADC の動作が不安定になることがあります。したがって、平均電流と過渡電流の両方の要求に対応できる電源を設計することが重要です。以下の 3 つの電源オプションの利点と課題をご確認ください。

• 低ドロップアウト (LDO) レギュレータ。テキサス・インスツルメンツでは、高精度 ADC への電力供給に LDO を使用することを推奨します。LDO には、優れたノイズ特性、低電圧リップル、小型でシンプルな実装など、多くの利点があります。LDO の最も重要な利点は、過渡時に出力電圧を確実に維持できると同時に、低い静止電流を実現できることです。さまざまなアプリケーションに最適な LDO を選択する方法の詳細については、下の 関連ウェブサイト のセクションをご覧ください。
• リニア レギュレータ。LDO ではコストが高すぎる場合、標準ドロップアウト電圧のリニア レギュレータも良い選択肢となります。リニア レギュレータは過渡時に出力電圧を確実に維持できると同時に、LDO と同様に低い静止電流を実現します。リニア レギュレータの課題はドロップアウト電圧が大幅に高くなることで、このデバイスに電力を供給するためだけに特別の電圧レールが必要になる場合があります。また、リニア レギュレータは効率が低く、放熱量が大きいため、大型のパッケージになる傾向があります。より多くの熱が発生すると、閉じたシステムの温度が上昇する可能性があり、高精度システムのドリフト誤差につながる可能性があります。
• シャント レギュレータ。最もコスト効率の高い電源オプションの 1 つは、シャント レギュレータです。コストを削減できる一方、信頼性の高い電源回路が必要になり設計がより複雑になります。たとえば、バイポーラ電源動作を必要とする高精度 ADC では、低電圧の可変シャント レギュレータである TLV431 を使用して ±2.5V レールを生成する場合があります。TLV431 は VREF が小さいのでこの目的で使用できます。ただし、このレギュレータの課題の 1 つは、供給できる電流量が限られていることです。TLV431 のデータシートによると、1 mA 以上のカソード電流も必要です。これら 2 つの制約により、図 5 および 図 6 に示す標準設定の出力電流能力が制限されます。

図 5 と 図 6 は、カソード電流と ADC に供給される電流の両方が抵抗 R1 を流れる必要があることを示しています。この構成では、電源電流が (VSUP – VREF) / R1 に制限されるため、2 つの設計上の課題が発生します。第 1 に、R1 を連続的に流れる電流は、負荷が印加されていない場合でも電力を消費することです。R1 を小さくして利用可能な電源電流を増加させようとすると、それに比例して静的電力散逸も増加します。第 2 に、R1 で設定される最大電流は通常、ADC が必要とする数百ミリアンペアの過渡電流をサポートできないことです。必要な電流を供給できないと、電源電圧が低下し、ADC の動作が不安定になる可能性があります。

図 5 と 図 6 の回路に 2 つの部品を追加することで、これらの問題を軽減します。図 7 と 図 8 に、トランジスタとバイアス抵抗 Rb を含む変更後のシャント レギュレータ回路を示します。

図 7 および 図 8 の電源回路は、図 5 および 図 6 のシステムよりも多くの電流を供給できます。これは、トランジスタによって電源入力 (VSUP) と出力 (VOUT) の間のあらゆる抵抗が除去されるためです。この新しい回路は、R1 に依存する代わりに Rb を取り付けることで、1 mA 以上のカソード電流を維持することもできます。したがって、抵抗 R1 および R2 は、式 1 に従って出力電圧を設定する場合にのみ必要です。

電圧リファレンスをシャント レギュレータとして使用する方法の詳細については、下の 関連ウェブサイト のセクションを参照してください。